Глобальные системы позиционирования

Существуют две глобальные системы позиционирования - Global Positioning Systems (GPS). В Советском Союзе создана ГЛОНАСС - Глобальная Навигационная Спутниковая Система. В США создана американская NAVSTAR - Navigation System with Timing and Ranging - навигационная система, основанная на измерении времени и дальности. Американская система работает в операционном режиме, то есть она в полной мере технически и коммерчески реализована. Геодезист или навигатор, желающий стать пользователем этой системы, может приобрести аппаратуру и программное обеспечение (soft). Приемники и программное обеспечение ГЛОНАСС пока не столь доступны. Здесь рассмотрена GPS NAVSTAR как система более доступная пользователю-геодезисту. Для краткости будем далее называть ее, как это делают все, просто GPS. О ГЛОНАСС написано в изданной в МГУ книге Б.Б. Серапинаса [25] и в книге [28]. Официальная информация находится по адресу:

GPS NAVSTAR GLOBAL Positioning System

Термин позиционирование означает не только определение местоположения, то есть координат объекта. Вместе с координатами определяют вектор скорости его движения. Проще говоря, определяют направление и скорость движения объекта. Координаты и составляющие скорости задают вектор состояния объекта. Таким объектом может быть судно, корабль, самолет, вертолет, спутник, автомобиль, пеший оператор, либо другой подвижный носитель. Перед разработчиками системы ставилась определенная задача. Система должна обеспечивать определение вектора состояния пользователя в любое время, в любой точке земной поверхности и с точностью, необходимой пользователю. Опыт показывает, что эта задача решена. Придерживаясь информации, содержащейся в работе [6], приведем данные об истории создания GPS.

Система находится в ведении Офиса Объединенной Программы - Joint Program Offise (JPO). Офис расположен в Космическом подразделении командных систем военно-воздушных сил США - Air Force Systems Command Space Division. Подразделение находится на базе военно-воздушных сил США - Air Force Base (AFB) - в Лос-Анджелесе. В 1973 году JPO получил приказ Министерства Обороны США «установить, разработать, тестировать, освоить и развернуть спутниковую систему позиционирования». NAVSTAR является результатом выполнения этого приказа. Общепринятое определение системы звучит следующим образом. Глобальная система позиционирования (GPS) NAVSTAR является всепогодной спутниковой навигационной системой, разработанной Министерством Обороны США с тем, чтобы отвечать требованиям вооруженных сил по точному определению местоположения объектов, скорости их перемещения, а также по точной временной привязке в единой системе относимости в любой точке земной поверхности или окружающего пространства в непрерывном режиме. Геодезисты сразу поняли, что эту военную навигационную систему можно эффективно использовать в мирных геодезических целях.

Интересно, что до того, как был разработан навигационный кодовый приемник GPS, геодезисты успели разработать и создать геодезический фазовый приемник Макрометр. Спутниковая система дороже системы наземного базирования. Спутники необходимо создавать, запускать, отслеживать, оберегать и по мере выработки ресурса - ликвидировать. На затраты идут потому, что спутниковая система совмещает глобальность с высокой точностью позиционирования. Действительно, существуют глобальные наземные системы, но они, являясь длинноволновыми или сверхдлинноволновыми, определяют местоположение судна в открытом океане с ошибкой около мили. Существуют ультракоротковолновые высокоточные системы наземного базирования, но они определяют координаты объекта лишь в пределах прямой видимости, то есть на расстоянии в 10-20 километров. Спутниковая система является высокоточной, поскольку работает в диапазоне сверхвысоких частот. Одновременно она является глобальной, потому, что в любой точке земной поверхности над горизонтом всегда находятся несколько спутников системы.

По геометрической сути спутниковая система является дальномерной. Можно было бы сказать, что измеряют расстояния от приемника до спутников и местоположение приемника определяют линейной засечкой. Однако такое утверждение верно лишь в первом приближении. На самом деле, как сказано ранее, в геотронике измеряют не расстояние, но величины, функционально с ними связанные. По физической или аппаратурной сути спутниковая система является беззапросной. Опорные генераторы спутника и приемника независимы и успешное выполнение измерений требует, чтобы их рассинхронизация была учтена. Система работает в трех неразрывно связанных режимах. Связь между режимами осуществляет, в основном, программное обеспечение.